Según el método a elementos finitos, el terreno va esquematizado con resortes cuyas características dependen de los módulos de elasticidad del terreno, diferenciando, aquellos en compresión de aquellos en tracción. Bowles propone de calcular, en modo aproximado, el valor de Ks (módulo de reacción conectado a la rigidez del terreno) en la base de la capacidad de carga de las cimentaciones. El método en cuestión otorga directamente, una vez construida la matriz de rigidez global y el vector de los nudos de cargas, los desplazamientos generalizados y de entre estos, los momentos y las reacciones de los nudos. Para el cálculo del pilote se procede de la siguiente manera:
•Cálculo del valor K;
•Disposición de los nudos en los cual serán asignadas las rigidezas de los resortes;
•Cálculo del momento de inercia de la sección;
•Ensamblaje de la matriz de rigidez global;
•Ensamblaje de los vectores de cargas de los nudos;
•Cálculo de los desplazamientos de nudos;
El cálculo se resuelve a través de un proceso de tipo iterativo. Las iteraciones continúan hasta el número de iteraciones máximo introducido por el usuario: si la convergencia de los resultados es obtenida antes, el programa arresta el cálculo.
El ambiente para la gestión de algunos datos relativos a la implementación del método de los elementos finitos es el siguiente (recuadro rojo):
Ambiente para la gestión del cálculo con el método de todos los elementos finitos
Los datos por introducir son los siguientes:
Max desplazamiento linear del terreno
Expresado en cm. Es el máximo desplazamiento del terreno que permite considerar el terreno en campo linear. Superado este desplazamiento el resorte que esquematiza el terreno no puede ser considerado en campo elástico linear (depende bastante de las características del terreno en cada caso. Orden de grandeza = 1-2 cm );
Tipo análisis
Define si el análisis conducido es de tipo linear o no linear.
Se aconseja el análisis no linear cuando la estática del problema depende del aspecto geotécnico del problema.
Máximo número de iteraciones
Es el máximo número de iteraciones a realizar para buscar la solución a los desplazamientos. Superado este límite la solución va considerada sin encontrar (relativamente a la práctica actual el orden de grandeza = 5/10 iteraciones);
Factores de reducción del resorte del fondo excavación
Es un factor sin unidad de medida que va a multiplicar, reduciendo el módulo de reacción del resorte situado en el fondo de la excavación. Tiene que asumir un valor menor o igual a 1.
Número de elementos
Tiene que ser comprendido entre 10 y 50. Es el número de elementos finitos en el cual va discretizado el elemento estructural. Es oportuno realizar una discretización racional, ni demasiado distante, para evitar errores en la solución ni demasiado cercanas, para evitar que los tiempos de cálculo se extiendan con notoriedad.
Número sobre la superficie del terreno
Define cual nudo asociar al fondo de la excavación. Se aconsejan utilizar los primeros 2 o 3 nudos.
Módulo de reacción
El cálculo de la rigidez de los resortes que esquematizan el terreno puede ser conducido según el método de Bowles (Cap. de carga) y de Chiarugi -Maia:
•Cap. de carga
Según dicho método basado sobre la carga límite del terreno, el módulo de reacción ca calculado e la siguiente manera:
El usuario puede introducir manualmente los parámetros As, Bs y n para realizar una estimación personalizada.
•Chiarugi - Maia
El método calcula el módulo de reacción en función del diámetro, de la palificada y del coeficiente de Poisson. La fórmula aplicada para calcular el módulo de reacción con este método es el siguiente:
En la fórmula anterior Eed es le módulo edométrico del terreno, D es el diámetro del pilote, n es el coeficiente de Poisson y EJ es la rigidez flexión de la palificada.
Ks variable con la profundidad
Es posible tener cuenta de la variabilidad del módulo de reacción o también conducir el análisis con el módulo de reacción constante.
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